★推荐1:内容生动详尽,清晰呈现量子物理的发展脉络,生动讲解量子理论的重要知识。不懂物理也能读懂的量子物理史!
★推荐2:文体风格独特,用类似小说的形式,把猫拟人化,完全不同于以往的科普书,内容非常活泼有趣。
★推荐3:人人都应知道一些有关量子物理的知识。第三次工业革命后诞生的技术,多多少少都和量子物理有关系。如果第四次工业革命到来,根基将是量子物理。不了解量子物理,将会是与时代脱节的人!
《一只既存在又不存在的猫——量子物理的奇妙世界》故事从采访一只非比寻常的猫开始。这只猫的曾祖父,就是那只既存在又不存在、既死又活的猫——薛定谔的猫。
这只非比寻常的猫,从经典物理遇到了灾难开始,讲述了普朗克常数、爱因斯坦的光电效应、海森堡的不确定性原理,薛定谔的波动方程……
除了科普知识,小猫还聊了聊物理学家们的趣味小故事。
有趣的解读、生动的比喻,让你轻松了解量子物理。
第一章“分量化”的能量
今天牛津的天气很好。我站在诺斯穆尔路24号前,薛定谔和他的妻子从1934年11月至1936年住在这儿。薛定谔第一次借用他的那只关在盒子里“既死又活”的猫是在1935年。也正是由于这个非常奇怪的借用,我今天来到了这儿,想弄明白这一物理学史中最著名的思想实验,到底是怎么回事。
我按了门铃。开门的是一位女士,她微笑着请我在客厅落座,跟我说凯特马上就来。
我在一个绿色小转椅上坐下;透过前面的大窗户,可以隐约看到生机盎然的花园,清晨的阳光照进房间。我有一点儿紧张。房间布置得非常完美,风格是20世纪30年代的,好似在这间屋子里,时间停留在了那个时候。我开始在笔记本的第一页写下今天的日期。
突然,一个细细的声音将我的思绪转移了。
——早上好呀,娃娃,我有什么可以为你效劳的吗?
我抬起头。是它,它在那儿,我一直在等待的凯特!它坐在我面前的书桌上。它竟然叫我“娃娃”!它怎么胆子这么大?
——有什么不对劲的吗,娃娃?我可以为你做点什么吗?
——噢,我……不用了,谢谢,我这样子挺好的……您怎么样,尊敬的凯特?我们可以开始今天的采访了吗?我知道您很忙,每天有各种各样的事情,我希望不会“偷”走您太多时间……
——哈哈,娃娃,你可以“偷”走我任何东西。我很荣幸能够接受你的采访。那么……
你们知道“笑里藏刀的目光”是什么意思吗?就是它现在这样的。如果它不是一只猫,我可以发誓,我看到了一个男人的微笑……天呐,这只猫也太漂亮了吧……天知道采访的最后我能不能摸摸它,它那柔软的皮毛仿佛是在向我发出邀请。
——嗯……您真的太好了,尊敬的凯特,但是……
——请叫我凯特吧……
——好的……凯特,我们可以开始了吗?
——当然可以,娃娃。你想什么时候开始,我们就什么时候开始,喵……
它翻了个身,举起后爪挠挠它右耳下方的脖子。一撮撮毛随着它的动作掉落,在逆光下飘浮在空中,慢慢地落在书桌上、地板上。它又重新端坐好,看起来似乎是一座古埃及雕像。它真的是一只十分漂亮的虎斑猫呀,身上的皮毛是浅褐色和深褐色相间的,鼻子是半粉色半褐色,嘴唇是粉色的,尾巴的底色是棕色——有一圈黑色呈环状包围,尾头是黑色的。它的前爪优雅地包裹着尾巴的末端。脖子下方,一块白色的区域特别显眼。咦,它没有右耳的尖端……想必是为了争夺领地或配偶被同伴给咬掉的吧。它真的是一只非常漂亮的猫
呀。好吧,我得控制我自己。它只是一个受采访者。
——凯特,您和我说说,为什么物理学家埃尔温·薛定谔要将您的曾祖父置于他那著名的思想实验的盒子中呢?
回答我之前,它半眯着眼睛,目光落在我身上。我感到一丝尴尬,移开视线到我的记录本上。
它开始说话了:
——物理学是优雅的。物理学的理论、观测、方程式、解释,就像是一件件披在大自然身上的完美衣裳。没有什么,或者说几乎没有什么不是这样的。然而,例外总是会有的。也许我,就代表一个:我是在那些衣裳下面等着你的特例。也许正是因为这个,亲爱的薛爷爷选择了宇宙中最优雅的动物来描述这些特例。
——薛爷爷指的是薛定谔教授,对吗?
——是的,埃尔温·薛定谔。我的曾祖父当时就住在这所花园里,它听到了埃尔温和他同事的对话。它和我说了尊敬的薛定谔教授的所有想法。他那个以我曾祖父为主角的思想实验,其实是为了捉弄新物理学!当时,不是所有人都同意有关原子和电子的新思想的。
——因此他就将您的曾祖父关进了他的思想实验的盒子里,然后……
——然后他说:“你们想象一下,在盒子内部有一个可以杀死猫的装置。猫有没有死取决于那一小瓶毒药,小瓶子也许会被一个小锤子打碎,这受一群原子控制。如果这群原子衰变,即原子核破裂,放射出各种粒子,那么小瓶子就会被打碎,毒素释放,猫就会死。如果这群原子保持完整,猫就是安全的。”因此,直到打开盒子观察里面的情况前,我的曾祖父一直保持着既死又活的状态!
——很难想象这一情况啊!
——娃娃,这就是量子物理的疯狂之处,很有意思,对吧?
——呃,对于现在来说,这只是非常难懂而已。
——亲爱的,我理解,人类的想象力并不是为了这个荒唐的世界服务的。突然间,之前非常显而易见的道理成了错误的了,但是,我们还是需要从头开始捋清楚。
——或许这样做确实更好一些。即使我不明白,这和原子核有什么关系,和盒子,和对一只猫的命运的猜想又有什么关系!
当我正想邀请凯特继续解释时,它开始舒展身体了:它把爪子伸直,身体弯曲成一个拱形,抬起屁股,开始清理自己左耳后面的区域。
——不好意思,凯特,我们要休息一下吗?
——当然不用,宝贝。
——那么,如果可以的话,我想问的第一个问题十分简单:有没有一个科学家们做的短片,是专门讲述量子物理的?
——这是一个灾难!
说出“灾难”这个词的时候,凯特的脸拉了下来,轻微地朝我瞪了瞪眼睛。我的天,我难道问了不该问的问题了?
——什……什么灾难?
我有点儿害怕地问道。
——著名的紫外线灾难啊!这是出发点!
——或许对您来说是非常著名的……我却从来没有听说过呢!
凯特盯住我,轻微地歪了歪头,我再一次感觉到它在冲我诡异地笑。它是在向我隐瞒什么吗?
——好的,女士,请你坐好,竖起耳朵听好了。如今,我们普遍认为,物质是由原子组成的,原子里有由质子和中子构成的原子核以及外层的电子云,对吗?
——对!
——然而,20世纪初期,当物理学刚开始发展时,针对物质的组成众说纷纭,我们今天普遍认可的原子模型还未诞生。物理学家们遇到了许多困难,例如,当时有一种现象,他们完全无法解释,也正是从这个奥秘开始,开启了物理学史上的革命。
引子采访一位贵宾总是非常困难001
第一章“分量化”的能量003
第二章爱因斯坦说:光是粒子吗?025
第三章不可预测的“消失”与“出现”045
第四章位置?已经占了!065
第五章神奇的矩阵083
第六章方程,波,概率101
第七章拜托了,一次一个!123
第八章比光还快?139
第九章许多,隧道与哲学161
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